Tesis sobre el tema "Complexes carbéniques N-Hétérocycliques (NHC)"

L’objectif de cette thèse était d’élaborer des matériaux antibactériens en utilisant la chimie de coordination. Pour ce faire, ce travail a été mené selon trois axes de recherche distincts. Dans une première partie, nous avons synthétisé des polymères de coordination (CP) par auto-assemblage de ligands dithioéthers avec des sels d’argent(I). Cette approche se démarque de travaux précédents par l’utilisation d’une combinaison acide de Lewis faible/ligand donneur mou. Outre la caractérisation structurale de ces CPs, ce travail présente une étude approfondie de leur activitié antibactérienne et de leur cytotoxicité. Dans une seconde partie, la synthèse de complexes carbéniques portant un groupement pyrrole électroactif et leur électropolymérisation pour former des films de métallopolymère est décrite. Cette approche par voie électrochimique pour immobiliser des complexes carbéniques sur des substrats est tout à fait originale par rapport aux travaux de la littérature. A la fois la nature du métal (Ag(I), Au(I), Rh(I), Ru(II), Cu(I)) et leur teneur dans les films mènent à des activités antibactériennes très différentes. Ces films ont également montré une réponse métal-dépendante des bactéries. Finalement, nous avons utilisé de façon assez atypique la méthode d’assemblage couche par couche (LbL) pour fonctionnaliser des surfaces de titane par des CPs.Les résultats présentés sont donc le fruit d’un travail pluridisciplinaire alliant la synthèse organique, la chimie de coordination, l’électrochimie, la chimie de surface et la (micro)biologie
The aim of this thesis was to develop antibacterial materials using coordination chemistry. To this end, the work was carried out along three distinct lines of research. In the first part, we synthesized coordination polymers (CPs) by self-assembly of dithioether ligands with silver(I) salts. This approach differs from previous work by using a weak Lewis acid/soft donor ligand combination. In addition to the structural characterization of these CPs, this work presents an in-depth study of their antibacterial activity and cytotoxicity. In a second part, the synthesis of carbene complexes bearing an electroactive pyrrole group and their electropolymerization to form metallopolymer films is described. This electrochemical approach to immobilize carbene complexes on substrates is highly original compared with the literature. Both the nature of the metal (Ag(I), Au(I), Rh(I), Ru(II), Cu(I)) and their content in the films result in very different antibacterial activities. These films also showed a metal-dependent response to the bacteria. Finally, in a rather atypical way, we used the layer-by-layer (LbL) assembly method to functionalize titanium surfaces with CPs.The results presented here are therefore the fruit of multidisciplinary work combining organic synthesis, coordination chemistry, electrochemistry, surface chemistry and (micro)biology

Les complexes carbènes N-hétérocycliques-boranes (NHC-Boranes) sont de nouvelles structures dont l’application en synthèse n’a pas été explorée. Notre but a été de nous intéresser à la réactivité de ces dérivés en étudiant l’influence de la complexation du ligand NHC sur l’atome de bore. Le premier aspect de cette recherche consistait à utiliser les complexes NHC-boranes comme nouveaux médiateurs radicalaires. Les calculs théoriques ont montré que la valeur de la BDE de liaison B-H de ces complexes était suffisamment faible pour pouvoir les utiliser comme réducteurs radicalaires dans la réaction de désoxygénation de Barton-McCombie. Ainsi, nous avons pu réaliser la réduction de divers xanthates secondaires avec des rendements satisfaisants. Nous avons ensuite montré que les complexes NHC-boranes pouvaient se comporter comme des réducteurs ioniques en réduisant des halogénures et de triflates aromatiques catalysées par le palladium. Par ailleurs, nous avons étendu le champ d’application de ces complexes aux couplages C C. Les NHC-boranes substitués sont donc de nouveaux partenaires pour la réaction de couplage de Suzuki-Miyaura. Pour finir, grâce à une nouvelle réactivité, il est possible de synthétiser des complexes NHC-boranes fluorés en générant un cation borénium stabilisé par un ligand NHC
N-heterocyclic carbenes boranes (NHC-Boranes) complexes are novel structures whose reactivity —especially organic— has not been explored. Our goal was to investigate the influence of the NHC complexation on the reactivity at the boron atom. We focused first on radical reactions. Computational studies showed that the values of the B-H BDE of these complexes are low enough to use them as radical hydrogen donors in the Barton-McCombie deoxygenation of xanthates. We thus reported that two NHC-BH3 complexes reduce different secondary xanthates in acceptable yields under the Barton-McCombie conditions. Then, we found that palladium could mediate the reduction of a variety of aryl halides and triflates by using NHC-boranes complexes as an hydride donors. In addition, we found that, by changing the borane, palladium could catalyze sp2–sp2 and sp2–sp3 C–C couplings in good to excellent yields. NHC-boranes complexes are hence a family of new boron partners for Suzuki-Miyaura couplings. Finally, we discovered a new reactivity by generating a borenium cation stabilized by the NHC ligand. This reactivity allows us to synthesize fluorinated NHC-boranes complexes

Des ligands hydrides potentiellement bidentes (possédant un donneur N-hétérocyclique (NHC) associé à un groupement donneur éther ou amine) ainsi que des ligands tritopiques de type pinceur (possédant un groupement (NHC) flanqué de deux types de donneurs azotés différents Nimine et Namine) ont été préparés et utilisés pour la coordination de métaux de transition tels que le Ni, Cr, Cu et Ir. L’influence de la longueur de la chaine alkylée -(CH2)2- ou -(CH2)3- reliant le groupe éther ou amine au groupe hétérocyclique (NHC) a été examinée. Dans le but d’accéder aux complexes des métaux de transition différentes méthodologies ont été adoptées : a) déprotonation préalable du sel d’imidazolium suivie de l’addition des précurseurs métalliques correspondants ; b) transmétallation à partir des complexes (NHC) de l’argent correspondants ; c) réaction d’addition oxydante des sels d’imidazolium ou de leurs sels protonés avec du Ni(0). Une série de complexes du Ni(II) et du Cr(III) a été testée dans la réaction catalytique d’oligomérisation de l’éthylène
Potentially bidentate hybrid ligands (containing a NHC donor associated with an ether or an amine) and tridentate NCN pincer-type ligands (containing a central NHC donor flancked by two chemically-different nitrogen donors (Nimine and Namine)) have been prepared and used for coordination to transition metals, such as Ni, Cr, Cu, Ir. The influence of the length of the alkyl chain, -(CH2)2- or -(CH2)3- connecting the ether or the amine group to the heterocycle NHC was examined. In order to have access to the transition metal complexes, several methodologies were adopted: a) deprotonation of the corresponding imidazolium salts followed by addition of transition metal precursors; b) transmetalation from NHC silver complexes; c) oxidative-addition reaction of Ni(0) with imidazolium salts or the corresponding protonated salts. A series of Ni(II), Cr(III) complexes were tested in the catalytic ethylene oligomerization reaction

Les travaux réalisés dans le cadre de cette thèse sont consacrés à l’étude de réactions de cyclisations de 2-pyridylallènes à l’aide de différentes espèces électrophiles. Des 2-pyridylallènes tétrasubstitués ont ainsi été synthétisés et cyclisés en conditions acides, avec différents halogènes électrophiles, des chalcogènes ainsi que de l’or (I) pour donner de nouveaux motifs indoliziniums. Des indolizines 1,3-substitués iodées en position 2 ont également été obtenues permettant une post-fonctionnalisation par couplage croisé. L’utilisation d’or (I) comme électrophile mène à de nouveaux complexes dont les ligands rassemblent les critères structuraux pour être considérés comme des NHCs. Les propriétés électroniques (σ-donation et π-acidité) de ce type de ligand ont été évaluées théoriquement et expérimentalement : si ces composantes électroniques se sont toutes deux révélées très élevées, la σ-donation semble surpasser celle des NHCs décrits dans la littérature. Certains complexes chiraux ont pu être efficacement utilisés en catalyse énantiosélective. Il apparaît clairement que la présence du groupement oxyde de phosphine est nécessaire pour obtenir une énantiosélectivité élevée dans le cas de l’hydroxyalkoxylation intramoléculaire d’un y-allénol. Ainsi, un très bon rapport énantiomérique de 91:9 et un rendement quantitatif ont été obtenus
This PhD work focused on the electrophile-induced cyclisation of 2-pyridylallenes. Various tetrasubstituted 2-pyridylallenes were synthesized and cyclized in acidic conditions, using electrophilic halogens, chalcogens and gold (I) species to afford new indoliziniums scaffolds. The synthesis of 1,3-indolizines bearing an iodine atom in position 2 was also performed, allowing a further late 2-functionnalization step by cross coupling reactions. Using gold (I) as an electrophile gave access to new gold complex bearing NHC type ligands. The electronic properties (σ-donation et π acidity) of this type of ligand were theoretically and experimentally investigated: if both of them were found especially strong, the σ-donation seems to overcome that of the NHCs described since then. Some chiral complexes have been used efficiently in enantioselective catalysis. It appeared clearly that the presence of the phosphine oxyde moiety is necessary to obtain a high enantioselectivity during the intramolecular hydroxyalkoxylation of γ-allenol. An excellent enantiomeric ratio of 91:9 and a quantitative yield were obtained

Deux aspects de la chimie des cyclodextrines (CDs) sont abordés dans cette thèse. D’une part deux nouvelles méthodes de fonctionnalisation ont été développées. Tout d’abord l’utilisation d’iode et de triethylsilane a permis de déprotéger les alcools en position 3 de CDs polybenzylées. Ensuite, en se basant sur l’action du DIBAL-H précédemment découverte au laboratoire et en empêchant la réactivité connue en AD, un nouveau motif de triol ACE inédit a été obtenu. Une étude cinétique a été conduite afin d’éclairer le mécanisme de la réaction montrant la formation intermédiaire de deux diols convergent vers le triol. Enfin cette stratégie a pu être combinée à la réaction tandem de débenzylation/réduction d’azoture pour fournir CDs des amino-diols déoxy. D’autre part, des complexes hybrides CD-NHC-métaux (NHC= « N-Heterocyclic Carbene ») ont été synthétisés. L’introduction de deux NHCs en AD sur le col primaire de l’α-CD a permis de préparer les complexes de PdII correspondant sur des CDs perbenzylées et perméthylées et ces complexes ont été utilisés en couplage croisé de Suzuki dans l’ethanol et dans l’eau. Par ailleurs, à partir d’une CD ponté en AD par un unique NHC, les complexes AgI, CuI et AuI ont été obtenus. Une étude structurale a mis en évidence la position intra-cavitaire du métal, induisant des interactions C-H…M, C-H…X et π…X originales et celles-ci ont été confirmées par des études d’échange de ligand. Enfin, le complexe d’or s’est montré efficace en réaction de cycloisomérisation d’ényne permettant même d’induire de l’énantiosélectivité
Two aspects of the cyclodextrins (CDs) chemistry were studied. On one hand two new methods of functionalization were developed. First using iodine and triethylsilane the 3 position of polybenzylated CDs could be selectively deprotected. Second, based on the known DIBAL-H reactivity in the lab and preventing the AD reactivity, an unprecedented ACE triol was obtained. A kinetic study enlightened the mechanism, showing the existence of two intermediate diols converging to the triol. Furthermore, this strategy was combined to the known tandem debenzylation/azido reduction to afford deoxy amino-diols CDs. On the other hand, CD-NHC-Metals (NHC=N-Heterocyclic Carbene) hybrid complexes were synthesized. Two NHCs were introduced on A and D positions of the primary rim of perbenzylated and permethylated α-CDs and the corresponding PdII complexes prepared. These complexes were used in Suzuki cross-coupling. Then, after capping the CD in AD with a NHC, the AgI, CuI and AuI complexes were obtainded. A structural study evidenced the position of the metal inside the cavity, inducing original C-H…M, C-H…X et π…X interactions, confirmed by ligand exchange experiments. Finally, the gold complex show good activity in cycloisomerisation, even affording enantioselectivity

La diffraction des rayons X à haute résolution permet de déterminer expérimentalement la répartition des densités de charges au sein d'un composé. Dans ce contexte, nous nous sommes intéressés à la structure de carbènes de Fischer et des complexes carbéniques N-hétérocycliques (NHC) de métaux de transition du Mn(I) et du Fe(II). Nous avons montré dans un premier temps, sur la base de l'étude structurale du complexe MeCp(CO)2Mn=C(Me)OEt, que des interactions non-covalentes entre le groupement éthoxy porté par le carbène et les carbonyles ont une incidence sur la conformation des alkylalkoxy carbène du Mn(I) à structure en tabouret de piano. Nous nous sommes ensuite intéressés à des complexes aryloxy carbènes. L'étude du complexe Cp(CO)2Mn=C(Ph)OC6H2Cl3-2,4,6 a révélé l'existence d'une interaction non-covalente entre le groupement aryle et un carbonyle proximal. Nous montrerons qu'au-delà d'une incidence sur la conformation des complexes, cette interaction a aussi une incidence sur les fréquences de vibration des carbonyles et donc qu'elle biaise leur réponse vis-à-vis de leurs propriétés de donation. Nous avons étendu notre étude à l'analyse de complexes NHC du Mn(I) et du Fe(II), Cp(CO)2M(NHC). Nous avons mis en évidence qu'une interaction non-covalente entre l'aryle du NHC et un carbonyle proximal est susceptible de se développer dans ces complexes. Dans la dernière partie, nous avons synthétisé et caractérisé structuralement des complexes NHCs du Mn(II) résultant de l'oxydation à un électron des complexes Cp(CO)2Mn(NHC) suscités. Ces complexes radicalaires se sont avérés stables et l'un d'entre eux a pu être analysé par diffraction des rayons X à haute résolution
High resolution X-ray diffraction analyses enable the experimental determination of the charge density distribution within compounds. In this context, we have investigated the structure of Fischer carbenes and N-heterocyclic carbene (NHCs) complexes of the first-row transition metals series, Mn(I) and Fe(II). At first, on the basis of the high-resolution structural analysis of the MeCp(CO)2Mn=C(Me)OEt complex, we will show that non-covalent interactions between the ethoxy substituent of the carbene ligand and the carbonyl ligands are responsible of the conformation of the Mn(I) piano-stool alkylalkoxy carbene complexes. Analysis of the Cp(CO)2Mn=C(Ph)OC6H2Cl3-2,4,6 complex revealed the existence of a non-covalent interaction between the aryl substituent and the proximal carbonyl group. We will show that, beyond its incidence on the conformation of the complexes, this type of interaction also induces a red-shift of the IR ?CO frequencies of the carbonyl ligand and as a consequence, modifies their response relative the electron-donicity of the ancillary ligands. Then, we were prompted to extend these studies to Mn(I) and Fe(II) NHC piano-stool complexes of the type Cp(CO)2Mn(NHC) and Cp(CO)2Fe(NHC). We will show that a non-covalent interaction between the aryl substituent of the NHC ligand and the proximal carbonyl group also occurs in this type of complexes. In the last part, we will focus on the synthesis and the structural characterization of Mn(II) NHC complexes resulting from the one-electron oxidation of the Cp(CO)2Mn(NHC) complexes cited above. These radical complexes appeared to be stable and one of them could be analyzed by high-resolution X-ray diffraction

L’objectif de cette thèse portait sur la synthèse de complexes portant un ligand NHC associé à une fonction oxygénée et à leur application en catalyse d’oligomérisation de l’éthylène. Dans le but de synthétiser des complexes avec des ligands NHCalcool, les complexes d’argent correspondants ont été synthétisés et utilisés en transmétallation. Aucun résultat concluant n’a pu être obtenu avec le nickel à cause de l’acidité du proton alcoolique. Mais un ligand NHC-alcoolate a pu être obtenu par déprotonation directe du pro-ligand avec une base forte. Il fut alors possible d’accéder à des complexes de nickel polynucléaires, certains incorporant dans leur structure des cations lithium provenant de la base utilisée. Par comparaison, des complexes de palladium ont été synthétisés avec des NHCs-alcool ou -alcoolate par réaction des pro-ligands avec Pd(acac)2 suivie de réactions acido-basiques. Etant donné la difficulté d’obtention des complexes de nickel avec des ligands NHC-alcool, la fonction éther a été étudiée. Les complexes résultants ont été testés en oligomérisation de l’éthylène
The purpose of this work was the synthesis of complexes bearing O-functionalized NHC ligands in order to test their catalytic properties in ethylene oligomerization. In order to have access to alcohol-functionalized complexes, the corresponding silver complexes were synthesized for transmetallation purpose. Whereas no concluding results were obtained with the alcohol function in association with nickel, it was possible to access an alcoholate-functionalized NHC ligand by deprotonation of the corresponding pro-ligand. Thus, polynuclear nickel complexes were prepared, some of them included in their structure a lithium cation originating from the base. For comparison, alcohol- and alcoholate-functionalized NHC palladium complexes were synthesized by direct reaction of the pro-ligand with Pd(acac)2 followed by acidobasic reactions. Because of the complexity of the chemistry of NHC-alcohol ligands associated with nickel, the ether functionality was explored. A library of nickel complexes was synthesized and tested in the catalytic ethylene oligomerization

Le paludisme est la plus importante infection parasitaire dans le monde, menaçant environ 40% de la population humaine. Dans les dernières années c'est devenu un problème de santé publique majeur en raison de l'augmentation des parasites résistants aux traitements actuels. Certains complexes NHC-or(I) présentent des activités antipaludiques, et sont une alternative très prometteuse dans le traitement du paludisme en raison de leur potentiel inhibiteur de la thiorédoxine réductase (TrxR) qui joue un rôle majeur dans la chaîne respiratoire mitochondriale (une des deux voies actives à l'état de quiescence des parasites résistants). Dans ce travail de thèse, un panel de complexes médicament-NHC-or(I) a été synthétisé et caractérisé. Le premier groupe de molécules concerne une famille de complexes cationiques bis-NHC-or(I) et de complexes neutres mono-NHC-or(I) fonctionnalisés avec substituents aliphatiques ou aromatiques. Le groupe comprend trois séries. Les trois séries ont été testées contre la souche sensible de F32-TEM de P. falciparum présentant des activités élevées, avec des valeurs d'IC50 de l'orde du nM. Le deuxième groupe concerne une série de complexes cationiques bis-NHC-or(I) fonctionnalisés avec des substituants aliphatiques ou aromatiques comprenant un groupement triclosan relié par un connecteur aliphatique. Le triclosan inhibe la voie de synthèse des acides gras, qui reste également active chez les parasites résistants. Ces complexes ont été testés contre P. falciparum, montrant des activités élevées avec des valeurs IC50 dans la gamme du nM. Les ligands de cette série et leurs complexes respectifs ont également été testés contre L. infantum, l'un des parasites provoquant la leishmaniose, et se sont révélés très efficaces sous les formes amastigote et promastigote, avec des valeurs d'IC50 dans le bas µM
Malaria is the most important parasitic infection in people, threatening around 40% of the human population. In the last years it has become a bigger public health concern because of the augmentation of malaria parasites resistant to artemisinin and its derivatives. Some NHC-gold(I) complexes show antimalarial activities, being a very promising alternative in malaria treatment because of their potential to inhibit thioredoxin reductase (TrxR) that plays a major role in mitochondrial respiratory chain (one of the two pathways that remains active in the quiescent state of the resistant parasites). In this work of thesis a panel of drug-NHC-gold(I) complexes including artemisinin and triclosan moieties has been synthesized and characterized with the objective of developing hybrid molecules with a dual mode of action able to overcome plasmodium resistance to artemisinin and its derivatives. The first group of molecules concerns a family of aliphatic or aromatic-functionalized cationic bis-NHC-gold(I) and neutral mono-NHC-gold(I) complexes with an artemisinin moiety connected through an aliphatic linker. The group includes three series depending on the length of the aliphatic linker (C3, C4, and C5). The three series have been tested against the sensible F32-TEM strain of P. falciparum showing high activities with IC50 values in the nM range. The second group concerns a series of aliphatic or aromatic-functionalized bis-NHC-gold(I) complexes with an triclosan moiety connected through an aliphatic linker. Triclosan inhibits the fatty acid synthesis pathway, which also remains active in the quiescent state on resistant parasites. These complexes were tested against P. falciparum showing, high activities with IC50 values in the nM range. The ligands of this series and their respective complexes have been also tested against one of the leishmaniosis causing parasites, L. infantum, being very effective in both, amastigote and promastigote forms, with IC50 values in the low µM range

Le glioblastome est la tumeur cérébrale la plus agressive avec un pronostic fatal, principalement à cause des cellules souches cancéreuses. Les médicaments à base de platine, utilisés pour traiter d’autres types de cancers, sont limités par l’apparition d’effets secondaires et le développement de résistances.Les complexes de platine à base de carbène N-hétérocyclique (NHC-Pt) ont été récemment identifiés comme des options thérapeutiques potentielles pour le traitement du glioblastome. Leur efficacité a été démontrée in vitro et in vivo pour éradiquer les cellules souches de glioblastome en ciblant les mitochondries.Dans cette contribution, de nouveaux complexes NHC-Pt ont été synthétisés pour éradiquer à la fois les cellules différenciées et souches de glioblastome. La nanoencapsulation des meilleurs composés a été réalisée pour faire face à leur faible solubilité dans l’eau sans perdre l’activité cytotoxique. Enfin, ces nanovecteurs ont été intégrés dans des hydrogels injectables pour permettre une libération localisée et contrôlée des complexes NHC-Pt
Glioblastoma is the most aggressive brain tumor with a fatal prognosis mainly due to cancer stem cells. Platinum-based drugs, used to treat other types of cancer, are limited by the emergence of side effects and the development of resistance.N-heterocyclic carbene platinum (NHC-Pt) complexes have been recently identified as potential therapeutic options for glioblastoma treatment. It has been demonstrated in vitro and in vivo efficacy in eradicating glioblastoma stem cells by targeting mitochondria.In this work, novel NHC-Pt complexes were synthetized to eradicate both glioblastoma differentiated and stem cells. Nanoencapsulation of the best compounds was performed to address poor water solubility without losing the cytotoxic activity. Finally, these nanovectors were integrated into injectable hydrogels to allow a localized and controlled release of the NHC-Pt complexes

Au début de ces travaux, peu d’études avaient été faites sur la complexation des carbènes N-hétérocycliques avec des métaux oxophiles, électropositifs et à hauts degrés d’oxydation tel que les métaux du groupe 13. L’optimisation de voies de synthèse a permis d’étendre le nombre de complexes de types NHC-MIII (M = aluminium, gallium et indium), ainsi qu’à des complexes cationiques. L’association de ces précurseurs avec des NHCs plus encombrés a permis l’observation de réactivités sans précédent (complexes anormaux, paires de Lewis frustrées, dicarbènes N-hétérocycliques). Dans un second temps, la réactivité inhabituelle des ligands NHCs a permis l’isolation d’analogue au réactif de Tebbe, très actifs en méthylénation de dérivés carbonyles
At the beginning of this work, few studies had been performed on the complexation of N-heterocyclic carbenes with oxophilic metals, in high oxidation states such as group 13 metals. The synthetic routes optimization has extended the number of complexes-type NHC-MIII (M = aluminum, gallium and indium), and the corresponding cationic complexes. The combination of these precursors with sterically congested NHCs allowed the observation of unprecedented reactivities (abnormal complexes, Frustrated Lewis Pairs, N-heterocyclic dicarbenes). In a second step, the unusual reactivity of NHC ligands has allowed the isolation of analogues of the Tebbe’s reagent, formed to be very active in the methylenation of carbonyl compounds

Nous avons décrit la synthèse d’une nouvelle famille de ligand NHC-N chiraux bidentates et leur utilisation dans la réaction de Tsuji-Trost. Ces ligands ont été facilement obtenus à partir des sels amino-imidazolium chiraux correspondants synthétisés à partir de sels oxo-imidazoliums sur lesquels la chiralité a été introduite par une réaction de formation d’une imine avec des amines chirales. Une réduction diastéréosélective a permis un accès efficace aux sels amino-imidazoliums. Les complexes NHC-amino et imino des métaux de transition ont été obtenus par traitement des sels imidazoliums avec de l’oxyde d’argent puis transfert des ligands NHC sur des complexes du palladium, du cuivre et du rhodium. Les propriétés complexantes des ligands NHC-amino sur le palladium ont été démontrées par analyse RX. Ils ont été testés via un complexe NHC-amino-argent, obtenu sous forme d’un mélange de diastéréoisoméres, dans la réaction d’alkylation du 1,3-diphényl-allyl-acétate par l’anion du malonate. Des excès énantiomériques, en faveur de l’énantiomère (R), allant jusqu’à 80% ont été obtenus. Un nouveau système catalytique très actif a été développé en version achirale à l’aide de complexes (NHC)(phosphine)palladium généré in-situ. Des conversions totales ont été obtenues en moins de 5 minutes. Le système a été étendu à une réaction d’amination. Une réaction umpolung d’allylation de dérivés carbonylés en présence d’Et2Zn et de différents acétates allyliques, a été mise au point à partir de ces mêmes complexes mixtes. Ce système conduit à des rendements élevés et à une gestion de la régiosélectivité dans la plupart des cas > 98/02 et à une diastéréosélectivité anti allant jusqu’à 92/8. Ce système est inefficace avec les imines. L’influence du solvant a été étudiée : les conversions sont améliorées dans le CH2Cl2, tandis que la diastéréosélectivité est meilleure dans l’éther.

L'accès à de nouvelles molécules bioactives nécessite des méthodologies de synthèse permettant l'obtention privilégiée d'un seul énantiomère. La catalyse asymétrique en général et la réaction de Suzuki-Miyaura asymétrique en particulier s'inscrivent dans cette démarche. Notre projet s'axe dans cette thématique, dans l'optique de développer de nouveaux catalyseurs chiraux pour la réaction de Suzuki-Miyaura asymétrique. Deux familles de complexes de palladium à ligands ferrocéniques chiraux bifonctionnels NHC/phosphine et NHC/amine ont été développés. La première famille de complexes a été synthétisée, caractérisée et utilisée dans la catalyse de la réaction de Suzuki-Miyaura asymétrique. L'accès à une deuxième famille de complexes à ligands hémilabiles NHC/amine a été possible via une voie de synthèse originale. De plus, un carbène libre imidazol-2-ylidène directement lié au ferrocène a été isolé et caractérisé. Enfin, dans l'objectif de développer de nouveaux catalyseurs électrochimiquement actifs, de nouveaux composés macrocycliques de type phthalocyanine présentant des unités ferrocéniques au sein de leur système pi ont été synthétisés
The access to new biologically active molecules requires synthetic methodologies that could allow the synthesis of only one enantiomer. Asymmetric catalysis in general and asymmetric Suzuki-Miyaura coupling in particular are part of this strategy. Our purpose in this field is to develop new chiral catalysts for the asymmetric Suzuki-Miyaura reaction. Two families of palladium complexes bearing chiral bifunctional ferrocenyl NHC/phosphine and NHC/amine ligands have been developed. The first family of complexes has been synthesised, fully characterised and used as catalysts for the asymmetric version of the Suzuki-Miyaura reaction. The second family of complexes bearing hemilabile NHC/amine ligands has been obtained via an original synthetic pathway. In addition, a free carbene directly connected to the ferrocenyl unit has been successfully isolated and characterised. Finally, in order to develop new redox-active catalysts, new phthalocyanine-type macrocycles containing ferrocenyl units fused in their pi system have been successfully synthesised

Les performances des catalyseurs à base de palladium dans diverses réactions de couplage croisé ont suscité un intérêt croissant depuis les années soixante-dix et le développement de versions énantiosélectives a fait l’objet de recherches intensives. Dans ce domaine, les ligands auxiliaires N-hétérocycliques carbènes (NHCs) monodentates possédant de bonnes propriétés σ donneur et π-accepteur confèrent au métal d’excellentes réactivités. Les ligands NHCs sont appelés ligands intelligents, car leurs propriétés électroniques et stériques peuvent être finement ajustées à des transformations catalytiques spécifiques. Par conséquent, les complexes chiraux NHC-Pd sont une classe de catalyseurs chiraux qui se sont développés rapidement au cours des dernières décennies. Néanmoins, de nouveaux catalyseurs avec une réactivité et une énantiosélectivité améliorées sont nécessaires car seules quelques applications sont réellement développées dans l’industrie. L’objectif de mon doctorat était d’étudier un nouveau concept de complexes chiraux NHC-Pd et leurs applications pour explorer de nouvelles transformations catalytiques. Le premier chapitre expose la chimie du carbène en tant que ligands des métaux de transition avec les principales réalisations décrites dans la littérature. Les propriétés chimiques des NHCs sont également brièvement présentées. Dans ce chapitre, les différents designs de ligands chiraux NHC pour la catalyse à base de palladium sont résumés ainsi que les applications dans la catalyse énantiosélective. Enfin, des études antérieures sur les complexes chiraux NHC-palladium réalisées dans notre laboratoire sont présentées afin de définir les objectifs et les enjeux de mon travail de doctorat. Dans le deuxième chapitre de ce manuscrit, nous analysons les avantages et les inconvénients des catalyseurs développés dans notre groupe, afin de simplifier les étapes de synthèse et d’améliorer l’activité catalytique. En conséquence, certains nouveaux complexes NHC-avec chiralité axiale ont été conçus et synthétisés par des méthodologies de synthèse décrites dans la littérature. Les complexes chiraux de palladium possédants un NHC de symétrie C2 ont été d’abord préparés puis les diastéréoisomères ont été purifiés par chromatographie sur colonne de gel de silice pour éliminer les composés méso. Par la suite, les complexes hétérochiraux ont été résolus par HPLC chirale à l’échelle préparative pour les obtenir sous forme énantiomériquement pure. Enfin, la réactivité catalytique et l’induction énantiomérique que permet d’atteindre ces catalyseurs Pd-NHC-chiraux ont été évaluées dans une réaction modèle : l’α-amide arylation d’amides. De très bonnes inductions chirales ont été atteintes.Dans le troisième chapitre, de nouvelles transformations catalysées par le palladium ont été conçues et étudiées avec les nouveaux complexes chiraux-NHC précédemment établis en laboratoire. Après une étape d’optimisation des conditions de réaction et le criblage de plusieurs catalyseurs, nous avons constaté que ces nouveaux catalyseurs permettent d’obtenir une bonne induction chirale dans l’α-arylation de cétones. Nous avons également essayé l’hydrogénation catalysée par des complexes Pd-NHC cependant cette réaction n’a pas conduit à des résultats notables. Les réactions de couplage de Kumada ont également été étudiées pour synthétiser des métacyclophanes possédant une chiralité planaire. Divers métacyclophanes chiraux ont été préparés et leurs stabilités de configuration ont été étudiées. Des conditions de réaction optimales ont été identifiées afin de réaliser cette réaction asymétrique avec de bons résultats en termes de réactivité et d’énantiosélectivité
The performances of palladium-based catalysts in various cross-coupling reactions have attracted an ever-growing attention since the seventies and the development of enantioselective versions was the subject of intensive research. In this field, monodentate auxiliary N-heterocyclic carbene (NHCs) ligands possessing robust σ-donating and adaptable π-accepting properties confer to the metal excellent reactivities. NHCs ligands are referred as smart ligands, because their electronic and steric properties can be finely tuned to specific catalytic transformations. Therefore, chiral NHC-Pd complexes are a class of chiral catalysts that have developed rapidly in the recent decades. Nevertheless, new catalysts with enhanced reactivity and enantioselectivities are required as only few applications are actually developed in the industry. The goal of my Ph.D. was the investigated of a new design of chiral NHC-Pd complexes and their application to explore new catalytic transformations. The first chapter is focused on carbene chemistry as ligands of transition metals with main achievements reported in the literature. Chemical properties of NHCs have been also reviewed. In this chapter, the different designs of chiral NHC ligands for palladium-based catalysis reported in the literature as well as their applications in enantioselective catalysis have been also surveyed. Finally, previous studies on chiral NHC-palladium complexes in our laboratory are presented in order to define the objectives and issues of my Ph.D. work. In the second chapter of this manuscript, we analyze the advantages and disadvantages of the catalysts developed in our group, with the goal of simplifying the synthesis steps and improving the catalytic activity. As a result, some novel NHC-Pd complexes with axial chirality were designed and synthesized by known synthetic methods. The synthesized C2-symmetric NHC-Pd complexes were first attempted to separate diastereomers by silica gel column chromatography to remove meso compounds. Subsequently, heterochiral complexes were resolved in enantiomerically pure form by preparative-scale chiral HPLC. Finally, the catalytic reactivity and enantiomeric inductions of these highly enantiomerically pure chiral NHC-Pd catalysts were evaluated in the benchmark reaction: α-amide arylation of amides. Up to good chiral inductions were reached.In the third chapter, novel palladium-catalyzed transformations were investigated and developed with the new chiral Pd-NHC complexes previously established in the laboratory. After the optimization of reaction conditions and the screening of several catalysts, we found that these new catalysts can achieve good chiral induction in the α-arylation of ketones. We also tried NHC-Pd catalyzed hydrogenation, although the reaction did not lead to noticeable results. Kumada coupling reactions were also studied to synthesize planar-chiral metacyclophanes. Various chiral metacyclophanes have been prepared and their configurational stabilities have been investigated. Finally, optimal reaction conditions have been identified allowing to carry this asymmetric reaction with good results in terms of both reactivity and enantioselectivity

Le sujet de cette thèse porte sur l’étude de ligands hybrides incorporant un donneur carbène N-hétérocyclique (NHC). Les ligands phosphine-NHC construits sur le motif m-phénylène ont conduit à des complexes di- ou tétranucléaires d’Ag, Cu, Au et Ir, et à des complexes bimétalliques Ag/Cu et Ag/Ir par transmétallation sélective du site NHC. Dans le cas des ligands phosphino-picoline-NHC (PNC), la transmétallation des sels de Li ou K correspondants a permis d’isoler des complexes « pinceurs » dé-aromatisés du Cr, Fe et Co. La déprotonation du ligand bis(phosphinométhyl)pyridine (PNP) a été examinée, et les ligands dé-aromatisés mono- et bis-anioniques correspondants ont été utilisés dans des réactions de transmétallation vers le Cr(II) et Zr(IV). Différents modes de coordination des ligands dé-aromatisés, notamment une métallation de la position alpha-CHP, ont été observés. La substitution de la phosphine dans PNC par une fonction imine conduit à un ligand hybride « rédox non-innocent »
The purpose of this work is the synthesis and study of hybrid and potentially “pincer” ligands featuring an N-heterocyclic carbene (NHC) donor. The phosphine-NHC ligands based on the m-phenylene framework led to di- or tetranuclear Ag, Cu, Au and Ir complexes, and to bimetallic Ag/Cu and Ag/Ir complexes by selective transmetallation of the NHC. With the phosphino-picoline-NHC (PNC) ligands, transmetallation from the corresponding Li or K salts led to dearomatised Cr, Fe and Co “pincer” complexes. Deprotonation of the bis(phosphinomethyl)pyridine (PNP) ligand was also examined. The corresponding dearomatised mono- and bis-anionic ligands were isolated as Li or K salts and further used in transmetallation reactions towards Cr(II) and Zr(IV). Different coordination modes of the dearomatised ligands, including side-arm metallation, were observed. Substitution of the phosphine group in PNC by an imine donor led to a hybrid and “redox non-innocent” ligand

Dans le cadre de ma thèse, de nouveaux complexes de métaux de transitions (rhénium, iridium, cuivre, or) chiraux possédant des ligands NHC-hélicéniques ont été synthétisés et les propriétés chiroptiques et photophysiques ont été étudiées. Le premier sujet d’étude s’est focalisé sur l’étude de complexes de rhénium(I) cyclométallés par des ligands hélicéniques-NHC de type (N^C:) émettant de la phosphorescence circulairement polarisée. Une influence du design du ligand, des ligands ancillaires et de la géométrie des complexes sur les propriétés chiroptiques et photophysiques a été observée. Le deuxième projet a été consacré à l’étude de nouveaux complexes chiraux d’iridium cyclométallés possédant un ou plusieurs ligands N-[6]helicenyl-benzimidazolylidène. L’attention s’est ensuite portée sur des complexes possédant des ligands monodentes. Ainsi, dans le cadre d’un troisième projet, un complexe de cuivre portant un ligand NHC-hélicénique démontrant des propriétés de fluorescence circulairement polarisée a pu être obtenu avec succès. Enfin, des complexes chiraux d’or coordinés par des ligands hélicéniques-NHC ont été préparés. Pendant ce projet, les propriétés électroniques (sigma-donatrice et pi-acceptrice) d’un carbène hélicénique ont été quantifiées
My PhD work was dedicated to the synthesis and the study of novel chiral transition metal complexes (rhenium, iridium, copper, gold) bearing NHC-helicenes ligands and to the study of their chiroptical and photophysical properties. The first subject focused on the preparation and the study of CP-phosphorescent complexes of cyclometalated rhenium(I) complexes bearing NHC-helicenic (N^C:) ligands. The influence of the ligand design, ancillary ligands and geometry of the complexes on the chiroptical and photophysical properties has been highlighted. In the second project, we have prepared novel chiral cyclometalated iridium complexes bearing one or multiple N-[6]helicenyl- benzimidazolylidene ligands.Then, the attention has been focused on monodentate complexes. Thus, in the third project, a chiral copper complex bearing a helicenic-NHC ligand which emits circularly polarized fluorescence was successfully obtained. Finally, chiral monodentate helicenic-NHC gold(I) complexes have been prepared. During this project, the electronic properties (sigma-donating et pi-accepting) of a helicenic-NHC were investigated

Les carbènes N-hétérocycliques (NHC) sont très utilisés pour complexer les métaux de transition. Ils quittent rarement ce rôle de ligand ancillaire et trouvent, depuis une vingtaine d’années, des applications en catalyse ou, plus récemment, en chimie médicinale. Dans ce travail, nous discuterons d’une méthode de synthèse douce conduisant à la formation de complexes AgI – NHC via une source d’argent soluble. Cette méthode nous a permis d’obtenir des complexes bien connus mais également d’accéder à une nouvelle série de complexes NHC-Ag-phosphine. Nous présenterons également une nouvelle réaction où des NHC portant une fonction azoture à proximité du carbone du carbène quittent leur rôle de ligand ancillaire et conduisent à la formation d’hétérocycles azotés par cyclisation carbène-nitrène. Cette réaction sera présentée en détail, ainsi que la caractérisation spectroscopique concernant une sous-série de composés fluorescents obtenus par cette méthode. Enfin, nous présenterons une stratégie de post-fonctionnalisation de complexes développée dans notre équipe. Des complexes argent(I)-NHC portant un azoture proches du centre carbénique catalysent leur propre fonctionnalisation. De plus, des complexes de cuivre(I) portant des azotures en position éloignée du centre métallique seront greffés sur des nanoparticules magnétiques pour servir de catalyseur recyclables
N-heterocyclic carbenes (NHC) are widely used to complex transition metals. They rarely leave their role as ancillary ligand and find, since 20 years, applications in catalysis or, more recently, in medicinal chemistry. In this work, we will discuss a mild synthetic method leading to the formation of AgI – NHC complexes via a soluble silver species. This method allowed us to obtain well known complexes but also to access a new series of NHC-Ag-phosphine complexes. We will also present a new reaction where NHC ligands bearing an azide function close to the carbenic center leave their role as ancillary ligand and lead to the formation of nitrogen rich heterocycles by a carbene-nitrene cyclization. This reaction will be presented in detail, along with the spectroscopic characterization regarding a sub-series of fluorescent compounds obtained by this method. Finally, we will present a post-functionalization strategy of complexes developed in our team. Silver(I)-NHC complexes tagged by an azide close to the carbenic center catalysed their own functionalization. Moreover, copper(I) complexes tagged by an azide function in a distant position from the metallic centre will be grafted on magnetic nanoparticles to act as recyclable catalysts

Les carbènes N-hétérocycliques (NHC) sont connus pour être de bons ligands des métaux de transition (TM). Dans ce manuscrit, le premier chapitre est consacré une présentation non exhaustive des différentes approches qui ont été utilisées dans la littérature pour le design de NHCs chiraux efficaces en catalyse enantiosélective. Au début du deuxième chapitre, le nouveau concept est présenté. Celui-ci repose sur la formation d’un axe de chiralité qui est créé lors de la coordination du ligand NHC à un métal de transition. Ce chapitre est consacré à la synthèse de complexes possédant une symétrie C1. Différents sels d’imidazolium, précurseurs des NHCs, ont été synthétisés et utilisé pour former des complexes palladium. Ils ont été sous forme énantiopure par HPLC chirale à l’échelle préparative. Ces complexes ont fait l’objet d’études concernant leurs propriétés chiroptiques et leurs barrières de rotation avant d’être testé en catalyse. Le concept a été ensuite étendu pour la synthèse de complexes d’or et de cuivre. Ces derniers se sont avérés être intéressants car non seulement ils ont permis d’obtenir de bons excès énantiomériques en catalyse mais leurs utilisations comme agent de transfert de ligands NHC a permis de proposer un mécanisme pour le procédé de transmétallation. Le troisième chapitre fait état des travaux qui ont été réalisés sur la préparation de complexes chiraux NHC-TM possédant une symétrie C2. Différents sels d’imidazolium symétriques ont été synthétisés et utilisés pour former des complexes de palladium. Les versions homochirales de ces complexes se sont avérées être d’excellents catalyseurs chiraux pour la réaction l’α-arylation d’amides (jusqu’à 98% ee)
N-heterocyclic carbenes (NHC) are recognized to be excellent ligands towards transition metals ™. In this manuscript, the first chapter is dedicated to a non-exhaustive presentation of the various approaches of the literature which have been used to design chiral NHCs efficient in enantioselective catalysis. As a prelude of the second chapter, the new concept lies on the formation of an axis of chirality during the coordination between the NHC ligand and the transition metal. This chapter is dedicated to the synthesis of complexes with a C1 symmetry. Various imidazolium salts, have been synthesized and then used to generate palladium complexes. These complexes have been obtained in a enantiopurically form thanks to a chiral HLPC resolution at a preparative scale. These homochiral complexes were firstly subjected to studies aiming the investigation of their chiroptic properties and the determination of their rotation barriers values. The concept was then successfully extended to the synthesis of gold- and copper-based complexes. Homochiral copper-NHC complexes were found of particular importance since their applications in catalysis allowed to reach good enantioinductions and as NHC transfer reagents brought some experimental proofs on the transmetalation process. The third chapter disclosed the works that have been done on the preparation of heterochiral NHC-TM complexes possessing a C2 symmetry. Various symmetric imidazolium salts have been synthesized and then used to form the corresponding palladium-based complexes. Homochiral complexes were found displaying good activities for α-arylation of amides and excellent enantioselectivities (up to 98% ee)

Afin de développer des méthodes alternatives à l'activation de systèmes Pi en catalyse homogène par des métaux nobles coûteux et toxiques, nous nous sommes focalisés sur des complexes métalliques et plus particulièrement ceux de la colonne du group XIII. Cette thèse approche une contribution à ce champ d'études, et nous nous sommes particulièrement concentrés sur la chimie de gallium.Trois principaux aspects ont été étudiés dans ce manuscrit: la réactivité des halogénures de gallium(III), des complexes bien définis de gallium (III) portant carbènes N- hétérocycliques (NHCs), et leur activation de systèmes en catalyse.La thèse est divisée en trois chapitres. Le premier chapitre donne un aperçu des travaux effectués dans le domaine de la synthèse organique faisant intervenir des composés de gallium (III) , en se concentrant sur ​​leur utilisation en tant qu’ acides de Lewis et .Dans le deuxième chapitre, nous avons tenté d'exploiter le potentiel catalytique de GaCl3 dans une nouvelle réaction de cycloisomérisation/Friedel-Crafts en tandem. Une section dédiée à l'étude sur l’hydratation d’alcyne catalysée par GaCl3 est également fournie.Le troisième chapitre commence par une description de la synthèse d'une série de complexes de gallium (III) portant diverses NHCs comme ligands pour surmonter les limites des halogénures de gallium(III) en catalyse. Ensuite, des études de méthodologie sur le processus de tandem impliquant arenynes-1,6 avec les gallium(III) complexes neutres et cationiques ont été décrits. Une évaluation cinétique pour des catalyseurs, des divers substrats et l'influence de contreanions sont discutés. En outre, les efforts dans la version asymétrique de cette tandem transformation et des autres cyclisations sont également présentés.Le dernier chapitre reprend les résultats les plus importants obtenus dans la thèse. Et les orientations futures de la recherche sur l'utilisation des complexes NHC- gallium (III) sont discutées
Recently, in order to develop alternative activation methods for Pi-systems in homogeneous catalysis instead of employing expensive and toxic noble metal catalysts, first row transition metals and main group metal complexes have attracted great attention. This thesis is a contribution to it, and we focus on gallium chemistry. There are three main aspects dominating this thesis: gallium(III) halides, well-defined gallium(III) complexes bearing N-heterocyclic carbenes (NHCs), and -systems activation in catalysis.The thesis is divided into three chapters. Chapter I provides an overview of the field of organic synthesis involving gallium(III) compounds, focusing on their use as - or -Lewis acids.In Chapter II, we expose our attempts to exploit the catalytic potential of gallium(III) chloride in a novel tandem cycloisomerization/Friedel-Crafts reaction. A section dedicated to the study on GaCl3-catalyzed alkyne hydration is also provided.Chapter III begins with a description of the synthesis of a series of gallium(III) complexes bearing various NHCs as ligands in order to overcome the limitations of gallium(III) halides in catalysis. Next, methodology studies on the tandem process involving 1,6-arenynes with the neutral and cationic gallium(III) complexes are described. The evaluation of scission kinetics for catalysts, substrates variation and influence of counteranions are discussed. In addition, efforts towards the asymmetric version of this tandem transformation and some other cyclizations are also presented.The concluding chapter reiterates the most important results obtained in the body chapters of the thesis. To conclude, the future directions for the research on the use of the NHC-gallium(III) complexes are discussed

Le premier chapitre de ce manuscrit est consacré à l’étude des différents designs de NHCs chiraux décrits dans la littérature et leurs applications en tant que ligand dans les transformations énantiosélectives catalysées par l’or. Un nouveau concept de complexes atroipsomériques métal de transition-NHC a été conçu et développé dans notre groupe. Son application pour préparer des complexes de métaux de transition chiraux portant un ligand NHC de symétrie C1 contenant un NHC saturé a été étudiée au cours de mes travaux de doctorat et sera présentée dans le deuxième chapitre. Divers complexes chiraux ont été obtenus, séparés par HPLC chirale à l’échelle préparative et leurs stabilités configurationnelles ont été étudiées en profondeur. Le complexe contenant de l’or(I) a été testé pour la cycloisomérisation d’1,6-énynes, donnant une énantiosélectivité prometteuse (70% ee). Dans le troisième chapitre de ce manuscrit, le concept de complexes atroipsomériques métal de transition-NHC a été étendu à des ligands NHCs de symétrie C2 et appliqué des transformations asymétriques catalysées par de l’or(I). Les 1,6-énynes possédant un lien malonate de diisopropyle se sont avérés être d’excellents substrats pour des réactions de cycloisomérisation et les produits d’alcoxycyclisation qui en ont résultées ont été isolés avec d’excellentes énantiopuretés (7 exemples avec des rendements de 51 à 92% et des excès énantiomériques compris entre 56 et 99%). La cycloisomérisation lorsqu’elle est réalisée sans nucléophile externe a également conduit à d’excellents résultats (6 exemples avec des rendements allant de 72 à 99%, et des excès énantiomériques dans la gamme 86-93% ee)
The first chapter of this manuscript is dedicated to survey the design of chiral NHC and their applications as ligand in gold-catalyzed enantioselective transformations. This presentation clearly showed the importance of new ligand designs, because only poor enantioselectivities have been reached up to date. A new concept of atroipsomeric transition metal-NHC complexes has been devised and developed in our group. Its application to prepare chiral transition metal complexes bearing C1-symmetric NHC ligand containing a satured backbone was investigated during my Ph.D. work and will be presented in the second chapter. Various chiral complexes were obtained, separated by chiral HPLC at preparative scale and their configurational stabilities were investigated in depth. The gold (I) containing complex was tried in the 1,6-enyne cycloisomerization, giving a promissing enantioselectivity (70% ee). In the third chapter of this manuscript, the concept of atroipsomeric transition metal-NHC complexes was extended to C2-symmetric NHC ligands and applied to the asymmetric Au(I)-catalyzed transformations. Diisopropyl malonate-tethered 1,6-enynes were identified as excellent substrates for cycloisomerization reactions and resulting alkoxycyclization products were isolated with excellent enantiopurities (7 examples with 51-92% yield, 56-99% ee). The cyclization without external nucleophiles led also to excellent results a (6 examples with 72-99% yield, 86-93% ee)

Les complexes métalliques des carbènes N-hétérocycliques (NHC) présentent un grand potentiel comme anticancéreux. En particulier, des études in vitro ont confirmés une cytotoxicité supérieure au cisplatine. Dans ce travail, nous avons introduit de la diversité moléculaire à de nouveaux complexes NHC-Pt par coordination de différents ligands NHC. Une deuxième stratégie, la post-fonctionnalisation de complexes de Pt a été étudié par : a) formation d’oxime, notamment avec une urée ciblant le PSMA, b) échange de ligand avec des polyamines hydrosolubles (PEI) ou des pnictogènes (phosphines, arsines, stibines), c) échange d’halogène avec des isotopes de l’iode. Les propriétés cytotoxiques de ces composés ont été évaluées in vitro. In vivo (souris), un complexe PEI-Pt montre une inhibition tumorale similaire à l’oxaliplatine. Néanmoins, aucun effet secondaire n’a été détecté contrairement à l’oxaliplatine (hématomes). Ces résultats ouvrent de nouvelles perspectives dans le domaine des anticancéreux sur la base de platine
Metal N-Heterocyclic Carbene (NHC) complexes are of great potential for cancer therapy. In particular, in vitro studies confirmed their significantly higher cytotoxicity than cisplatin. In this work, we introduced molecular diversity on new NHC-Pt complexes by coordination of various NHC precursors to platinum. As a second strategy, post-synthetic functionalization of Pt complexes has been fully investigated by: a) oxime formation, e.g. with a PSMA targeting urea derivative, b) ligand exchange reaction with hydrosoluble polyamines (PEI) and pnictogen-based ligands (phosphines, arsines, stibines), c) halogen exchange with iodide isotopesCytotoxic properties of these new compounds were evaluated in vitro. Best candidate was selected for in vivo evaluation on mice model showing for PEI-Pt similar tumour inhibition as oxaliplatin. Besides, no “visual” side effects were detected in contrast to oxaliplatin (hematomas). These outstanding results opened up new perspectives in the field of platinum-based drugs

Ces travaux de thèse se situent dans un domaine au cœur des préoccupations actuelles qui est le développement de nouveaux complexes photoactifs utilisant des métaux abondants pour remplacer les métaux nobles dans les dispositifs à énergie renouvelable. De nouvelles familles de complexes précurseurs ou sensibilisateurs potentiels pour les cellules DSSC (Dye-sensitized solar cells) à base de fer et de ligands tridentates pyridyl-carbènes (FeNHC) ont été préparées et caractérisées. L’objectif, à côté de l’aspect applicatif pour l’énergie, est d’accroître les connaissances dans l’étude des relations structure-propriétés dans les complexes homoleptiques Fe-NHC portant des ligands pyridyl-bisimidazolylidènes par modification du noyau central, du groupe de greffage et de la géométrie de coordination. Après mise au point de la synthèse, les complexes ont fait l’objet de différentes caractérisations photophysiques, électrochimiques et théoriques. Un nouveau record de durée de vie des états excités MLCT a été obtenu avec des complexes à noyau pyrazine (32 ps). L’optimisation géométrique, c’est-à-dire le design de ligands permettant d’obtenir une géométrie de coordination octaédrique idéale pour induire un champ de ligand fort a été étudiée. Nous avons obtenu les complexes recherchés (structure attestée par diffraction RX) en accroissant la distance entre le cœur pyridine et les carbènes latéraux. Cette modification induit un décalage bathochrome, mais la conjugaison électronique ainsi que la rigidité du complexe restent à optimiser. Nous avons aussi développé une nouvelle voie de synthèse permettant d’introduire des groupes d’accroche Π-étendus dans le but de limiter la recombinaison de charge après injection dans le semi-conducteur TiO2. Enfin, Le rendement des cellules DSSC a été optimisé par l’incorporation d’un nouvel additif MgI2 dans la composition de l’électrolyte permettant d’atteindre une efficacité de 0.5% inédite pour un complexe de fer. Au final ces travaux de thèse mettent à la disposition de la communauté des outils synthétiques pour la conception de complexes FeII-NHC à durée de vie prolongée à l'état excité, et représentent une étape supplémentaire dans la compréhension des processus photophysiques opérés au sein de ces complexes
This thesis is part of a current concern and high interest research field, which is the development of new photoactive complexes using abundant metals to replace noble metals in renewable energy devices. Novel families of potential sensitizers for DSSC (Dye-sensitized solar cells) based on iron and tridentate pyridyl-carbene ligands (FeNHC) have been prepared and characterized. The aim, besides the application aspect for energy, is to increase the understanding of the structure-property relationships in Fe-NHC homoleptic complexes carrying pyridyl-bisimidazolylidene ligands by modification of the central core, anchoring group and coordination geometry. Once synthesized, the complexes were submitted to various photophysical, electrochemical and theoretical characterizations. A new MLCT excited state lifetime record was obtained with a pyrazine-based complexes (32 ps). The geometric optimization, which means the design of ligands to obtain an ideal octahedral coordination geometry to induce a strong ligand field was studied. X-ray diffraction measurements attested that the desired complexes were obtained by increasing the distance between the pyridine core and the lateral carbenes. This modification induces a bathochromic shift, but the electronic conjugation as well as the rigidity of the complexes remain to be optimized further. We have also developed a novel synthetic route for introducing Π-extended anchoring groups in order to limit the charge recombination after the injection into the TiO2 semiconductor. The efficiency of the DSSC cells was optimized by the incorporation of a new MgI2 additive in the electrolyte composition which led to an unprecedented efficiency of 0.5% for an iron complex. Finally, this thesis offers new synthetic tools for the design of FeII-NHC complexes with extended excited state lifetimes and represents a further step in the understanding of the photophysical processes operated within this type of iron complexes

La conception et l’élaboration de nouveaux ligands en chimie organométallique évoluent vers le design de ligands multifonctionnels afin d’augmenter l'affinité ligand/métal/substrat et de mimer les catalyseurs de la nature comme les enzymes, en activant de manière synergique les différents partenaires de la réaction. Il existe dans la littérature très peu d’exemples de complexes organométalliques présentant une fonctionnalité acide de Lewis. Dans notre étude, nous avons opté pour l’utilisation d’un atome de bore trivalent pendant. Malgré la forte utilisation des dérivés du bore en catalyse acide de Lewis pour l’activation de divers électrophiles, la conception de tels ligands ambiphiles, pour des complexes organométalliques, a été peu décrite et la réactivité peu étudiée. Ce travail a donc pour but d’explorer et de valider la viabilité de leurs préparations et de leurs utilisations.La première partie de ces travaux a été consacrée au développement de nouveaux complexes bifonctionnels métal/NHC/ester boronique pendant de Pd(II), Rh(I), Ru(II), Au(I) et Cu(I) et leurs applications en catalyse, afin d’accéder à de nouveaux modes d’activation de petites molécules.Dans la deuxième partie, un nouveau mode d’activation efficace de la liaison B-H des carbènes boranes incorporant un bras allylique ou homoallylique par des complexes de rhodium pour accéder à une famille de NHC-boranes cycliques énantioenrichis a été développé.Enfin, la troisième partie constitue la synthèse des travaux sur deux nouvelles familles de cations boronium macrocycliques et leurs applications dans la reconnaissance des anions
Conception and elaboration of new ligands in organometallic chemistry evolved towards the design of multi-functional shape to increase the affinity ligand/metal/substrate to mimic nature’s catalysts, and to promote, in most cases, an increasing reactivity and selectivity in the catalytic process. Despite the significant development of N-heterocyclic carbene (NHC) ligands in organometallic chemistry since the last decade, complexes bearing pendant trivalent boron derivatives were so far overlooked.In this context, bifunctional ligands containing NHC and boron moieties have been developed and the corresponding Ag(I), Pd(II), Rh(I), Cu(I) and Ru(II) complexes were designed and prepared for a synergistic activation of both reaction partners by the metal center and the pendant Lewis acidic boron atom.During this work, B−H bond activation of NHC-boranes by a diphosphane-ligated cationic Rh complex was applied in an unprecedented intramolecular enantioselective hydroboration of simple olefins. This study led to a library of enantioenriched cyclic boranes in high yields (up to 94%) with high regio- (up to 100%) and enantioselectivities (er up to 99.2:0.8).As part of this work, new boronium macrocycles were synthesized in high yields and their anion binding ability was evaluated by fluorimetric and 1H NMR titration. These new macrocycles display high binding affinity for halides and oxoanions in the solid state, in solution and in the gas phase

La conception et l’élaboration de nouveaux ligands en chimie organométallique évoluent vers le design de ligands multifonctionnels afin d’augmenter l'affinité ligand/métal/substrat et de mimer les catalyseurs de la nature comme les enzymes, en activant de manière synergique les différents partenaires de la réaction. Il existe dans la littérature très peu d’exemples de complexes organométalliques présentant une fonctionnalité acide de Lewis. Dans notre étude, nous avons opté pour l’utilisation d’un atome de bore trivalent pendant. Malgré la forte utilisation des dérivés du bore en catalyse acide de Lewis pour l’activation de divers électrophiles, la conception de tels ligands ambiphiles, pour des complexes organométalliques, a été peu décrite et la réactivité peu étudiée. Ce travail a donc pour but d’explorer et de valider la viabilité de leurs préparations et de leurs utilisations.La première partie de ces travaux a été consacrée au développement de nouveaux complexes bifonctionnels métal/NHC/ester boronique pendant de Pd(II), Rh(I), Ru(II), Au(I) et Cu(I) et leurs applications en catalyse, afin d’accéder à de nouveaux modes d’activation de petites molécules.Dans la deuxième partie, un nouveau mode d’activation efficace de la liaison B-H des carbènes boranes incorporant un bras allylique ou homoallylique par des complexes de rhodium pour accéder à une famille de NHC-boranes cycliques énantioenrichis a été développé.Enfin, la troisième partie constitue la synthèse des travaux sur deux nouvelles familles de cations boronium macrocycliques et leurs applications dans la reconnaissance des anions
Conception and elaboration of new ligands in organometallic chemistry evolved towards the design of multi-functional shape to increase the affinity ligand/metal/substrate to mimic nature’s catalysts, and to promote, in most cases, an increasing reactivity and selectivity in the catalytic process. Despite the significant development of N-heterocyclic carbene (NHC) ligands in organometallic chemistry since the last decade, complexes bearing pendant trivalent boron derivatives were so far overlooked.In this context, bifunctional ligands containing NHC and boron moieties have been developed and the corresponding Ag(I), Pd(II), Rh(I), Cu(I) and Ru(II) complexes were designed and prepared for a synergistic activation of both reaction partners by the metal center and the pendant Lewis acidic boron atom.During this work, B−H bond activation of NHC-boranes by a diphosphane-ligated cationic Rh complex was applied in an unprecedented intramolecular enantioselective hydroboration of simple olefins. This study led to a library of enantioenriched cyclic boranes in high yields (up to 94%) with high regio- (up to 100%) and enantioselectivities (er up to 99.2:0.8).As part of this work, new boronium macrocycles were synthesized in high yields and their anion binding ability was evaluated by fluorimetric and 1H NMR titration. These new macrocycles display high binding affinity for halides and oxoanions in the solid state, in solution and in the gas phase

Deux nouvelles familles de complexes de cuivre(I) cationiques, de formules [Cu(NHC)(N^N)][X] et [Cu(P^P)(N^N)][PF6], ont été synthétisées avec des ligands 2,2’ bis pyridyl pontés, chélates à six chaînons, facilement modulables. Ces complexes présentent des émissions à l’état solide centrées entre 455 et 520 nm (bleu à vert), avec de larges décalages de Stokes et des rendements quantiques pouvant atteindre 0,86. De plus, l’émission via un phénomène de fluorescence retardée activée thermiquement (TADF) a été prouvée pour les complexes [Cu(NHC)(N^N)][X]. Les premiers scintillateurs plastiques dopés avec des complexes de cuivre(I) détectant les radiations nucléaires de type gammas ont été obtenus avec des complexes de formule générale [Cu(P^P)(N^N)][PF6]. Les complexes de formule [Cu(NHC)(N^N)][X] ont permis l’obtention des premières Cellules Electrochimiques Luminescentes (LECs) émettant dans le bleu et incorporant des complexes de cuivre(I). Enfin, les complexes de formule [Cu(NHC)(N^N)][X] à ligand 2,2’ dipyridylamine présentent une activité cytotoxique envers différentes lignées de cellules cancéreuses et apportent la possibilité d’une action ciblée sur les cellules tumorales via l’ajout d’un vecteur. La polyvalence de ces complexes de cuivre(I) repose sur les ligands 2,2’-bis-pyridyl pontés, chélates à six chaînons, dont la synthèse est facile d’accès et les propriétés électroniques et structurales sont modulables
New cationic copper(I) complexes of general formula [Cu(NHC)(N^N)][X] and [Cu(P^P)(N^N)][PF6] were developed with 6-membered-ring 2,2’-bis-pyridyl derivatives as ligand. These complexes exhibited blue (420 nm) to green (520 nm) emissions in solid state, with large Stokes shifts and photoluminescence quantum yields up to 0.86. Furthermore, the emission of the [Cu(NHC)(N^N)][X] complexes via a thermally activated delayed fluorescence (TADF) was demonstrated. The first plastic scintillators incorporating copper(I) complexes and detecting gamma radiations were obtained with [Cu(P^P)(N^N)][PF6] complexes. Application of the [Cu(NHC)(N^N)][X] complexes to the LEC technology led to the first copper(I)-based blue emitting device. In the last chapter, we also demonstrated that copper(I) complexes [Cu(NHC)(N^N)][X] bearing a 2,2’-dipyridylamine as N^N ligand exhibited high cytotoxycity against different cancer cells lines. These complexes paved the way for the design of a new type of copper(I) anti-cancer agents with the opportunity to increase the selectivity against cancer cells via a vectorization of the N^N ligand. The versatility of these copper(I) complexes demonstrated in this work relied on the easy to handle and highly modular 2,2’-bis-pyridyl ligands